【摘 要】
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质子交换膜燃料电池具有操作温度低、能量效率高、环境友好等特点,成为电化学和能源科学领域的一个研究热点。而电催化剂是决定低温燃料电池性能、寿命和成本的关键材料之一,
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质子交换膜燃料电池具有操作温度低、能量效率高、环境友好等特点,成为电化学和能源科学领域的一个研究热点。而电催化剂是决定低温燃料电池性能、寿命和成本的关键材料之一,但由于目前所用Pt催化剂价格昂贵,耐久性差,严重制约质子交换膜燃料电池的商业应用。为了降低成本,提高催化剂稳定性,本文首先从提高催化剂载体耐腐蚀性、控制催化剂形貌方面入手,采用电化学沉积法合成一种以碳纳米管薄膜(CNTF)为载体的多孔Pt晶体催化剂。电化学测试表明,新制备的Pt/CNTF催化剂经过8000个循环,催化活性基本不变,而商业Pt/C催化剂经过1000个循环性能就基本丧失。Pt/CNTF催化剂具有如此优异的稳定性的原因是其多面体铂晶粒以及相互连接的多孔网状结构有效抑制了Pt的溶解,迁移和团聚。另外,本文采用表面包覆催化剂的方法,将碳纳米管薄膜直接覆盖在催化剂层外面作为保护层,通过加速老化实验测试发现催化剂稳定性显著提高,这是因为碳纳米管薄膜减缓了催化剂中Pt粒子的溶解及其在载体上的迁移团聚,使得催化剂的电化学稳定性增强。本论文的研究结果为制备高活性和高稳定性的电催化剂,促进燃料电池的发展和实际应用提供了新的思路。
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